CN110903665A - 一种双组分聚氨酯改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双组分聚氨酯改性沥青及其制备方法,包括基质沥青100份,端羟基化合物(A组分)15‑27.5份,异氰酸酯(B组分)4‑7.5份(A组分:B组分=3:1),扩链剂0.5‑2份,增溶剂2‑6份。聚氨酯A组分和聚氨酯B组分按照质量比3:1的比例混合均匀;将得到的聚氨酯AB混合物、扩链剂、增溶剂进行高速混合,搅拌均匀得到复合物;将混合后的复合物掺入基质沥青中,置于高速剪切机中加热固化,即得双组分聚氨酯改性沥青。制备的双组分聚氨酯改性沥青不仅具有优异的高低温性能,同时具备优异的稳定性和较低的制备温度,是一种可用于道路工程领域性能优异的结合料。
Description
技术领域
本发明涉及道路沥青改性技术领域,具体地说是一种双组分聚氨酯改性沥青及其制备方法。
背景技术
近年来,随着国民经济的发展和综合国力的不断提高,交通量快速增长,各级道路的交通负荷越加沉重,超载、重载愈加突出,对沥青路面路用性能有了更严苛的要求,而基质沥青存在对温度比较敏感,高、低温性能不稳定的天然缺陷,难以满足当前道路路用性能和使用寿命的需求。因此,对基质沥青进行改性并深入研究改性沥青的性能以提高其综合性能,提高路面的高低温性能,延长路面的使用寿命已是公路交通行业的发展趋势。
常用的道路沥青改性剂主要有橡胶类改性剂、热塑性橡胶类改性剂、树脂类改性剂和矿物填料改性剂。橡胶类改性剂以丁苯橡胶(SBR)为主,主要改善沥青的低温性能,但其制备出的沥青混合物粘度较大,且胶粉在熔化过程中容易着火,对改性工艺、施工技术要求较高。热塑性橡胶类改性剂以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)为主,具有良好的弹性,但其分子量、密度及溶解度上与基质沥青差异很大,相容性不良,导致SBS难以均匀、稳定地分散在沥青中,且其对沥青高低温性能改善效果不均衡,混合料拌和温度较高。树脂类改性剂分为热塑性树脂和热固性树脂,热塑性以聚乙烯(PE)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)为主,PE改性剂对改性工艺要求高,必须将聚乙烯细化至微米级才具有改性效果,搅拌、储存过程中微粒聚集结合可能导致改性失败,且其易老化。热固性树脂以环氧树脂和聚氨酯(PU)为主,环氧树脂作为沥青改性剂应用比较常见,其作为改性剂能够改善沥青的高温稳定性,但其存在固化温度高、固化时间长和低温弹性不足的缺陷,影响了它在道路改性剂中的应用。聚氨酯材料相比沥青材料具有更高的强度和更优良的高、低温稳定性,为改善基质沥青性能提供了新的突破方向。
CN106145776A(申请公布日2012年05月23日)专利中设计了一种聚氨酯聚脲改性沥青混合料,其使用的聚氨酯为单组分聚氨酯,制备出的聚氨酯聚脲混合料具有优良的高温抗车辙能力,低温抗裂能力。且制备时拌合压实温度低,操作简单。
CN103102706A(申请公布日2013年05月15日)专利中设计了一种道路沥青用聚氨酯型耐高温抗车辙改性剂,采用二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯和二异氰酸酯衍生物,与高分子多元醇、多元胺混合后掺入基质沥青中,可以大幅提高基质沥青及改性沥青的耐高温抗车辙性能,且制备的改性沥青高低温性能平衡、与基质沥青相容性好、贮存稳定。
CN107177210A(申请公布日2017年09月19日)专利中设计了一种由沥青、预聚体、扩链剂和相容剂组成的聚氨酯改性沥青,利用预聚体对基质沥青改性,掺入外掺剂能够有效改善改性沥青的相容性问题,制备出的聚氨酯改性沥青拥有良好的相容性与低温性能,可应用于高寒低温地区,延长道路的使用寿命。
CN109825100A(申请公布日2019年05月31日)专利中设计了一种SBS改性沥青,基质沥青加热温度200-300℃,改性沥青制备中剪切温度为300-350℃,剪切时间为3-8h,制备出的改性沥青可提高SBS改性沥青的耐候性,增加其使用寿命。
上述方法中单组分聚氨酯作为基质沥青改性剂,异氰酸酯与羟基的比例难以确定,固化后分子结构中软、硬链段比例复杂,容易导致改性沥青高低温性能不均衡。目前应用较多的SBS改性剂,对基质沥青的高低温性能改善效果较好,但其制备温度较高,制备方法复杂,且改性沥青的贮存稳定性较差,常常导致制作的SBS改性沥青混合料性能不稳定、不均匀。通过物理改性技术制备出的改性沥青,由于改性剂与基质沥青分子在分子量、相容性以及密度上的差异,对改性技术要求很高,且制备出的改性沥青易出现聚结、离析等问题,影响改性沥青的高低温性能和稳定性,是制约相关材料应用的主要障碍。
发明内容
本发明的目的是提供一种双组分聚氨酯改性沥青,不仅具有优异的高低温性能,同时具备较好的稳定性、较低的制备温度,是一种性能良好的可用于路面铺装的结合料。其优异的高低温性能,良好的稳定性可应用于道路铺筑、加固、修补等;同时,双组分聚氨酯改性沥青制备温度较低,可降低混合料拌合、摊铺和碾压的温度,能够有效节约能源。
本发明进而提供了一种双组分聚氨酯改性沥青的制备方法。
为了实现上述目的,本发明采用了以下的技术方案:
一种双组分聚氨酯改性沥青,该复合材料包括下述A、B组分按照质量比为3:1的比例与基质沥青和辅料混合的原料:
基质沥青100份;
A组分:端羟基化合物12-22.5份;
B组分:异氰酸酯4-7.5份;
辅料:扩链剂0.5-2份;增溶剂2-6份。
进一步地,所述基质沥青为石油沥青。
进一步地,所述端羟基化合物为季戊四醇、聚丁二醇醚多元醇以及聚环氧丙烷多元醇的一种或多种。
进一步地,所述异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯或亚苯基对二异氰酸酯中的一种或多种。
进一步地,所述扩链剂为丙二醇、一缩二乙二醇或三羟基甲烷中的一种或多种。
进一步地,所述增溶剂为丙酮或醋酸乙酯中的一种。
相应地,本发明还给出了一种双组分聚氨酯改性沥青制备方法,包括以下工艺步骤:
A.首先将质量比为12-22.5份A组分端羟基化合物和4-7.5份B组分异氰酸酯按照3:1的比例采用搅拌机快速混合均匀;
B.按照质量比将A步骤中得到的聚氨酯混合液、0.5-2份扩链剂、2-6份增溶剂加入搅拌机中,搅拌10min,混合均匀得到复合物;
C.将B步骤中得到的复合物加入到100份135℃的基质沥青中,采用剪切机进行高速剪切,使复合物在基质沥青中形成均匀连续的分散相;
D.将C步骤中得到的分散相双组分聚氨酯改性沥青,置于60℃的恒温烘箱中养生4h。
进一步地,所述剪切温度范围为120-140℃,剪切速率范围为1000-3000r/min,剪切时间为2-6h。
本发明充分利用双组分聚氨酯比例可调整,与其他助剂高速混合均匀后掺入基质沥青中,通过剪切碾磨法将双组分聚氨酯组合物与基质沥青复合,利用高速剪切机制备高低温性能良好的双组分聚氨酯改性沥青。
本发明双组分聚氨酯中异氰酸酯基具有较高的活性,能够与基质沥青中含有活泼氢的有机物发生固化反应,在基质沥青中形成稳定的空间网状结构,提升基质沥青的高低温性能;同时,双组分聚氨酯固化温度较单组分更低,且比SBS改性沥青的制备温度低,能够在制备和路面铺筑时节约能源,又能在不影响改性沥青性能的前提下大幅提高其稳定性。本发明制备的双组分聚氨酯改性沥青的针入度小于43,软化点大于78.2℃,5℃延度大于33cm;混合料车辙试验动稳定度大于6800次/mm。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明双组分聚氨酯改性沥青制备方法,包括下述步骤:
A.首先将质量比为12-22.5份A组分端羟基化合物和4-7.5份B组分异氰酸酯按照3:1的比例采用搅拌机快速混合均匀;
B.按照质量比将A步骤中得到的聚氨酯混合液、0.5-2份扩链剂、2-6份增溶剂加入搅拌机中,搅拌10min,混合均匀得到复合物;
C.将B步骤中得到的复合物加入到100份135℃的基质沥青中,采用剪切机进行高速剪切,使复合物在基质沥青中形成均匀连续的分散相;
D.将C步骤中得到的分散相双组分聚氨酯改性沥青,置于60℃的恒温烘箱中养生4h。
上述基质沥青为石油沥青。
上述端羟基化合物为季戊四醇、聚丁二醇醚多元醇以及聚环氧丙烷多元醇的一种或多种。
上述异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯或亚苯基对二异氰酸酯中的一种或多种。
上述扩链剂为丙二醇、一缩二乙二醇或三羟基甲烷中的一种或多种。
上述增溶剂为丙酮或醋酸乙酯中的一种。
下面给出具体实施例来进一步说明本发明制备方法。
实施例1
A.将质量比为15份的聚氨酯A组分季戊四醇和5份的聚氨酯B组分2,4-甲苯二异氰酸酯按照3:1的比例采用搅拌机快速混合均匀;
B.按照质量比将A步骤中得到的聚氨酯混合液、0.5份扩链剂丙二醇、2份增溶剂丙酮和4份醋酸乙酯加入搅拌机中,搅拌10min,混合均匀得到复合物;
C.将B步骤中得到的复合物加入到100份135℃的基质沥青中,采用剪切机在120℃进行1000转/分高速剪切6h,使复合物在石油沥青中形成均匀连续的分散相。
双组分聚氨酯改性沥青,置于60℃的恒温烘箱中养生4h。
实施例2
A.将质量比为12份的聚氨酯A组分聚环氧丙烷多元醇和4份的聚氨酯B组分4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯按照3:1的比例采用搅拌机快速混合均匀;
B.按照质量比将A步骤中得到的聚氨酯混合液、1份扩链剂一缩二乙二醇、2份增溶剂醋酸乙酯加入搅拌机中,搅拌10min,混合均匀得到复合物;
C.将B步骤中得到的复合物加入到100份135℃的石油沥青中,采用剪切机在125℃进行2500转/分高速剪切4h,使复合物在基质沥青中形成均匀连续的分散相。
双组分聚氨酯改性沥青,置于60℃的恒温烘箱中养生4h。
实施例3
A.将质量比为18.3份的聚氨酯A组分聚丁二醇醚多元醇以及聚环氧丙烷多元醇和6.1份的聚氨酯B组分亚苯基对二异氰酸酯按照3:1的比例采用搅拌机快速混合均匀;
B.按照质量比将A步骤中得到的聚氨酯混合液、0.5份扩链剂三羟基甲烷、4份增溶剂丙酮加入搅拌机中,搅拌10min,混合均匀得到复合物;一缩二乙二醇
C.将B步骤中得到的复合物加入到100份135℃的石油沥青中,采用剪切机在130℃进行2000转/分高速剪切5h,使复合物在基质沥青中形成均匀连续的分散相。
双组分聚氨酯改性沥青,置于60℃的恒温烘箱中养生4h。
实施例4
A.将质量比为20.4份的聚氨酯A组分季戊四醇、3份的聚氨酯B组分2,4-甲苯二异氰酸酯和3.8份4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯按照3:1的比例采用搅拌机快速混合均匀;
B.按照质量比将A步骤中得到的聚氨酯混合液、1份扩链剂一缩二乙二醇0.5份三羟基甲烷、6份增溶剂醋酸乙酯加入搅拌机中,搅拌10min,混合均匀得到复合物;
C.将B步骤中得到的复合物加入到100份135℃的石油沥青中,采用剪切机在130℃进行2500转/分高速剪切3h,使复合物在基质沥青中形成均匀连续的分散相。
双组分聚氨酯改性沥青,置于60℃的恒温烘箱中养生4h。
实施例5
A.将质量比为22.5份的聚氨酯A组分聚丁二醇醚多元醇和7.5份的聚氨酯B组分2,4-甲苯二异氰酸酯按照3:1的比例采用搅拌机快速混合均匀;
B.按照质量比将A步骤中得到的聚氨酯混合液、1份扩链剂一缩二乙二醇、6份增溶剂醋酸乙酯加入搅拌机中,搅拌10min,混合均匀得到复合物;
C.将B步骤中得到的复合物加入到100份135℃的基质沥青石油沥青中,采用剪切机在125℃进行3000转/分高速剪切2h,使复合物在基质沥青中形成均匀连续的分散相。
双组分聚氨酯改性沥青,置于60℃的恒温烘箱中养生4h。
下述给出了对比例与本发明实施例的比较,进一步说明本发明的效果。
以基质沥青和4%掺量SBS改性沥青为对比例,实施例与对比例的性能测试结果对比见表2。
表2性能对比
从表2可以看出,本发明制备出的双组分聚氨酯改性沥青,其针入度、软化点和延度指标相对于基质沥青均有大幅改善,软化点不低于78.2℃,动稳定度不低于6876次/mm;48h软化点差值低于0.2,5℃延度大于33cm;表明其稳定性比SBS改性沥青更好;且双组分聚氨酯改性沥青制备温度低于140℃,相比SBS改性沥青(制备温度180℃)更低。由表2可以看出,本发明所制备的双组分聚氨酯改性沥青,同时具备优异的高低温性能,是一种性能良好的道路路面结合料。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (9)
1.一种双组分聚氨酯改性沥青,其特征在于,包括下述A、B组分按照质量比为3:1的比例与基质沥青和辅料混合的原料:
基质沥青100份;
A组分:端羟基化合物12-22.5份;
B组分:异氰酸酯4-7.5份;
辅料:扩链剂0.5-2份;增溶剂2-6份。
2.根据权利要求1所述的一种双组分聚氨酯改性沥青,其特征在于,所述基质沥青为石油沥青。
3.根据权利要求1所述的一种双组分聚氨酯改性沥青,其特征在于,所述端羟基化合物为季戊四醇、聚丁二醇醚多元醇以及聚环氧丙烷多元醇的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种双组分聚氨酯改性沥青,其特征在于,所述异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯或亚苯基对二异氰酸酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种双组分聚氨酯改性沥青,其特征在于,所述扩链剂为丙二醇、一缩二乙二醇或三羟基甲烷中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种双组分聚氨酯改性沥青,其特征在于,所述增溶剂为丙酮或醋酸乙酯中的一种。
7.一种权利要求1-6任一项所述的双组分聚氨酯改性沥青的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
A.首先将质量比为12-22.5份A组分端羟基化合物和4-7.5份B组分异氰酸酯按照3:1的比例采用搅拌机快速混合均匀;
B.按照质量比将A步骤中得到的混合液、0.5-2份扩链剂、2-6份增溶剂加入搅拌机中,搅拌10min,混合均匀得到复合物;
C.将B步骤中得到的复合物加入到100份135℃的基质沥青中,采用剪切机进行高速剪切,使复合物在基质沥青中形成均匀连续的分散相;
D.将C步骤中得到的分散相双组分聚氨酯改性沥青,置于60℃的恒温烘箱中养生4h。
8.根据权利要求7所述的双组分聚氨酯改性沥青的制备方法,其特征在于,所述剪切温度范围为120-140℃,剪切速率范围为1000-3000r/min,剪切时间为2-6h。
9.根据权利要求7所述的双组分聚氨酯改性沥青的制备方法,其特征在于,所述双组分聚氨酯改性沥青的针入度小于43,软化点大于78.2℃,5℃延度大于33cm;混合料车辙试验动稳定度大于6800次/mm。
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